(57)【要約】【課題】冷却効率が高いビルトインモータ冷却ユニットを提供する。【解決手段】回転軸（主軸１０）と同軸に設けられるビルトインモータ３０を冷却するためのビルトインモータ冷却ユニット（主軸冷却ユニット４０）において、ビルトインモータ３０を囲繞して設けられる放熱フィン３４と、ビルトインモータ３０と放熱フィン３４を覆うとともに、一対の開口部３８ａ，３８ｂが形成されたカバー体３５と、一方の開口部３８ａに設けられ、カバー体３５の内部に空気を送り込む送風ファン３７と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と同軸に設けられるビルトインモータを冷却するためのビルトインモータ冷却ユニットにおいて、
前記ビルトインモータを囲繞して設けられる放熱フィンと、
前記ビルトインモータと前記放熱フィンを覆うとともに、一対の開口部が形成されたカバー体と、
一方の前記開口部に設けられ、前記カバー体の内部に空気を送り込む送風ファンと、を備えた
ことを特徴とするビルトインモータ冷却ユニット。
【請求項２】
前記カバー体は、アルミニウム等の熱伝導率の高い材質にて形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のビルトインモータ冷却ユニット。
【請求項３】
前記放熱フィンは、前記ビルトインモータのモータハウジングに一体的に形成されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のビルトインモータ冷却ユニット。
【請求項４】
前記放熱フィンは、前記ビルトインモータのモータハウジングの円周方向に沿って形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のビルトインモータ冷却ユニット。
【請求項５】
前記放熱フィンおよび前記モータハウジングは、アルミニウム等の熱伝導率の高い材質にて形成されている
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のビルトインモータ冷却ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸と同軸に設けられるビルトインモータを冷却するためのビルトインモータ冷却ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸と同軸に設けられるビルトインモータとしては、例えば、工作機械の主軸に設けられるビルトインモータがある。主軸と、これを回転させるビルトインモータとを備えた従来の主軸ユニットは、例えば、特許文献１に示すようなものがあった。この主軸ユニットは、ビルトインモータのステータの外周部に放熱フィンを設けて、ビルトインモータから発生する熱を外部に放出する冷却構造を備えていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２００８−２９６３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記した従来の冷却構造では、放熱フィンからビルトインモータの熱を放熱させることができるものの、冷却効率は高くなく、モータ熱が主軸を回転可能に支持するベアリングケース（主軸ハウジング）に伝達されて、ベアリングケースが膨張し、加工精度に影響を与える可能性があった。
【０００５】
そこで、本発明は前記の問題を解決するために案出されたものであって、冷却効率が高いビルトインモータ冷却ユニットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための請求項１に係る発明は、回転軸と同軸に設けられるビルトインモータを冷却するためのビルトインモータ冷却ユニットにおいて、前記ビルトインモータを囲繞して設けられる放熱フィンと、前記ビルトインモータと前記放熱フィンを覆うとともに、一対の開口部が形成されたカバー体と、一方の前記開口部に設けられ、前記カバー体の内部に空気を送り込む送風ファンと、を備えたことを特徴とするビルトインモータ冷却ユニットである。
【０００７】
このような構成によれば、送風ファンによってカバー体の内部の空気が強制的に流通されるので、ビルトインモータの熱は放熱フィンから効率良く放熱される。また、カバー体で放熱フィンを覆っているので、放熱フィン回りの空気の流速が速くなり、放熱効率がさらに高くなる。よって、ビルトインモータの熱は、大半が放熱フィンから放熱されることとなり、主軸ハウジングには殆んど伝わらない。したがって、主軸ハウジングの熱膨張を防止でき、加工精度に影響を与える主軸の先端部の変動が抑制され、加工精度の向上を図ることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記カバー体が、アルミニウム等の熱伝導率の高い材質にて形成されていることを特徴とする請求項１に記載のビルトインモータ冷却ユニットである。
【０００９】
このような構成によれば、カバー体からも放熱することができ、さらに放熱効率を高めることができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記放熱フィンが、前記ビルトインモータのモータハウジングに一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のビルトインモータ冷却ユニットである。
【００１１】
このような構成によれば、ビルトインモータから放熱フィンへの伝熱性が高く、さらに放熱効率を高めることができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、前記放熱フィンが、前記ビルトインモータのモータハウジングの円周方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のビルトインモータ冷却ユニットである。
【００１３】
このような構成によれば、カバー体内で、空気が流れやすく、さらに放熱効率を高めることができる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、前記放熱フィンおよび前記モータハウジングが、アルミニウム等の熱伝導率の高い材質にて形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のビルトインモータ冷却ユニットである。
【００１５】
このような構成によれば、モータハウジングから放熱フィンに熱が伝わりやすく、さらに放熱効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ビルトインモータの冷却効率を高めることができるといった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るビルトインモータ冷却ユニットを備えた主軸ユニットを示した斜視図である。
【図２】本発明に係るビルトインモータ冷却ユニットを備えた主軸ユニットを示した断面図である。
【図３】本発明に係るビルトインモータ冷却ユニットを備えた主軸ユニットを示した要部拡大断面図である。
【図４】本発明に係るビルトインモータ冷却ユニットを示した斜視図である。
【図５】本発明に係るビルトインモータ冷却ユニットのモータハウジングおよび放熱フィンを示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係るビルトインモータ冷却ユニットの実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、ビルトインモータ冷却ユニットは、工作機械の主軸に設けられたビルトインモータを冷却する場合を例に挙げて、主軸冷却ユニットとして説明する。まず、主軸冷却ユニットが設けられた主軸ユニットの構造から説明する。
【００１９】
主軸ユニットは、工作機械のコラムに設けられ、コラムは、主軸をワークに対して適宜移動させるとともに、工具マガジン側にも移動させて、主軸が把持する工具を選択的に着脱するように構成される。
【００２０】
図１および図２に示すように、主軸ユニット１は、主軸１０と、これを回転させるビルトインモータ３０とを備えている。さらに、主軸ユニット１は、主軸１０を、主軸ベアリング５１を介して回転可能に支持する主軸ハウジング５０と、ビルトインモータ３０を収容するモータハウジング３１を支持するベース部材７０とを備えている。
【００２１】
図２に示すように、主軸ハウジング５０は、主軸ベアリング５１を介して主軸１０を支持している。主軸ハウジング５０とベース部材７０は、それぞれ別体で形成されており、断熱部材９０を介して連結されている。
【００２２】
主軸１０は、その先端部に、工具２を着脱するための取付穴１１が形成されている。取付穴１１は、先端側が拡径するテーパ形状を呈している。なお、主軸１０の先端部の形状は、一例であって、これに限られるものではなく、取り付けられる工具に応じてＢＴ、ＫＭ、ＨＳＫ等、種々の工具把持部形状に対応できるように適宜形成される。主軸１０の先端側となる前部分は、主軸ハウジング５０内に収容されており、主軸ベアリング５１にて回転可能に支持されている。主軸１０の後部には、主軸１０を囲繞してビルトインモータ３０が設けられており、主軸１０の外周面にはビルトインモータ３０のロータ３２が固定されている。
【００２３】
ビルトインモータ３０は、主軸１０の外周面に形成されたロータ３２と、このロータ３２の外側に所定の間隔をあけて配置されたステータ３３とを備えて構成されている。ステータ３３は、コイル（図示せず）を備えており、モータハウジング３１に固定されている。ビルトインモータ３０は、ステータ３３のコイルに電流を流すことによって、ロータ３２を回転させるようになっている。ビルトインモータ３０は、主軸１０を直接回転させるものである。
【００２４】
図２および図４に示すように、主軸冷却ユニット４０（ビルトインモータ冷却ユニット）は、ビルトインモータ３０に一体的に設けられている。主軸冷却ユニット４０は、ビルトインモータ３０を囲繞して設けられる放熱フィン３４と、ビルトインモータ３０と放熱フィン３４を覆うとともに、一対の開口部３８ａ，３８ｂが形成されたカバー体３５と、一方の開口部（第一開口部）３８ａに設けられ、カバー体３５の内部に空気を送り込む送風ファン３７と、を備えて構成されている。
【００２５】
図２および図５に示すように、ビルトインモータ３０のモータハウジング３１は、円筒形状を呈しており、ステータ３３の外周部を囲繞して配置されている。モータハウジング３１の内周面と、ステータ３３の外周面が面接合されている。モータハウジング３１の外周面には、径方向外側に向かって立設する放熱フィン３４が、例えば鋳造によって一体形成されて設けられている。放熱フィン３４は、モータハウジング３１の周方向に沿って延在して円環状に形成されており、モータハウジング３１の軸方向に所定の間隔をあけて複数設けられている。放熱フィン３４は、モータハウジング３１の表面積を増加させるために設けられており、ビルトインモータ３０から発生する熱を効率良く空気中に放熱するようになっている。モータハウジング３１および放熱フィン３４は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の熱伝導率の高い材質にて形成されており、高い放熱性を確保しつつ、軽量化が図られている。
【００２６】
図２および図４に示すように、モータハウジング３１の外周部には、モータハウジング３１および放熱フィン３４の全体を覆うカバー体３５が設けられている。カバー体３５は、円筒形状を呈しており、その内周面が放熱フィン３４の先端と当接するように構成されている。これによって、カバー体３５の内部に、モータハウジング３１の外周面と、隣り合う放熱フィン３４，３４と、カバー体３５の内周面とで囲まれた流路３６が区画されることとなる。流路３６は、モータハウジング３１の周方向に沿って、複数列形成されている。カバー体３５には一対の開口部３８ａ，３８ｂが形成されている。具体的には、カバー体３５の斜め上部には、第一開口部３８ａが形成されており、この第一開口部３８ａには、送風ファン３７が設けられている。送風ファン３７は、ビルトインモータ３０の駆動に応じて作動するように構成されている。具体的には、送風ファン３７は、ビルトインモータ３０が駆動すると同時に作動し始め、ビルトインモータ３０が停止した後、所定時間作動してから停止するように構成するのが好ましい。また、送風ファン３７は、モータハウジング３１の温度変化に応じて、作動させるようにしてもよい。この場合は、具体的には、モータハウジング３１が所定温度以上になったときに、送風ファン３７を作動させて、モータハウジング３１を冷却するようにすればよい。さらには、送風ファン３７の回転速度を制御することで、省エネルギーを図りつつ放熱量を調整することもできる。カバー体３５の斜め下部には、第二開口部３８ｂが形成されている。第二開口部３８ｂは、モータハウジング３１の中心部分を挟んで第一開口部３８ａと対向する部分に形成されている。カバー体３５は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の熱伝導率の高い材質にて形成されており、高い放熱性を確保しつつ、軽量化が図られている。
【００２７】
このような構成においては、送風ファン３７によって第一開口部３８ａからカバー体３５の内部に空気が送り込まれ、送り込まれた空気は、カバー体３５の内部の流路３６内を流れて、第二開口部３８ｂから外部へ排出される。なお、第二開口部３８ｂの側方には、ベース部材７０の水平ベース部７１と立上り部７２を繋ぐ補強部材８５が位置しているが、補強部材８５には開口部８６（図１参照）が形成されている。これによって、第二開口部３８ｂから外部へ排出された空気は、開口部８６を介して、主軸ユニット１の外方へ排出される。なお、ここで排出された空気を回収して熱源として利用するようにしてもよい。
【００２８】
図２に示すように、モータハウジング３１の後端部には、後端開口部を覆うカバー３９が設けられている。カバー３９は、主軸１０と隙間をあけて設けられている。これによって、ビルトインモータ３０の作動によって発生する熱が主軸１０に伝わるのを防止できる。
【００２９】
主軸ハウジング５０は、例えば、スチールにて形成されている。主軸ハウジング５０は、主軸１０の先端側に延出する円筒部５２と、円筒部５２の基端側に形成された鍔部５３とを備えている。円筒部５２内には、主軸１０が主軸ベアリング５１，５１を介して回転可能に収容されている。主軸ベアリング５１，５１は、円筒部５２の先端部と基端部にそれぞれ設けられており、主軸１０を支持している。鍔部５３は円帯状に形成されており、円筒部５２の軸方向に直交して形成されている。鍔部５３には、ボルト用の貫通孔５３ａが所定間隔で同心円上に配置形成されている。
【００３０】
立上り部７２の中央部には、主軸１０が挿通する貫通孔７３が形成されている。貫通孔７３は、主軸１０よりも大きい径に形成されており、モータハウジング３１の先端部が、貫通孔７３の内側に収容されるようになっている。なお、モータハウジング３１の先端部には、前方に突出する円筒部３１ａが形成されており、この円筒部３１ａが貫通孔７３内に挿入されて、モータハウジング３１が、立上り部７２に固定されている。立上り部７２の貫通孔７３の周縁部の前方面（主軸ハウジング５０の鍔部５３に対向する面）には、主軸ハウジング５０を固定するためのボルト穴７４が形成されている。ボルト穴７４は、複数設けられており、主軸ハウジング５０の貫通孔５３ａに対応する位置にそれぞれ形成されている。
【００３１】
図２および図３に示すように、断熱部材９０は、主軸ハウジング５０の鍔部５３と、ベース部材７０の立上り部７２との間に介設されている。断熱部材９０は、所定の強度と断熱性を備えた材料にて構成されている。断熱部材９０は、所定の厚さを有するワッシャ形状を呈しており、主軸ハウジング５０をベース部材７０に固定するためのボルト９１が挿通されて配置されている。断熱部材９０は、所定のピッチで複数設けられており、ボルト９１ごとにそれぞれ配置されている。断熱部材９０は、一方の面が主軸ハウジング５０の鍔部５３に当接し、他方の面がベース部材７０の立上り部７２に当接しており、スペーサの役目を果たしている。これによって、主軸ハウジング５０の鍔部５３と、ベース部材７０の立上り部７２との間には、断熱部材９０が挟持されるとともに、断熱空間となる空気層９２が形成されることとなる。
【００３２】
以上の主軸ユニット１によれば、主軸冷却ユニット４０を設けたことによって、冷却効率が向上する。具体的には、送風ファン３７によって第一開口部３８ａからカバー体３５の内部に空気が送り込まれ、流路３６内を空気が強制的に流通されるので、ビルトインモータ３０の熱は放熱フィン３４から効率良く放熱され、第二開口部３８ｂから空気とともに排出される。したがって、ビルトインモータ３０の熱は、大半が放熱フィン３４から放熱される。
【００３３】
また、放熱フィン３４は、ビルトインモータ３０のモータハウジング３１に一体的に形成されているので、ビルトインモータ３０から放熱フィン３４への伝熱性が高く、さらに放熱効率を高めることができる。さらに、放熱フィン３４が、モータハウジング３１の円周方向に沿って形成されているので、カバー体３５内で、空気が流れやすく、さらに放熱効率を高めることができる。また、送風ファン３７の回転速度を制御することで、消費電力の省エネルギー化を図りつつ、放熱量を必要量に調整することもできる。
【００３４】
また、カバー体３５で放熱フィン３４を覆っているので、空気を逃がすことなく放熱フィン３４に沿って流すことができ、さらには、放熱フィン３４回りの空気の流速が速くなり、放熱効率がさらに高くなる。また、第一開口部３８ａと第二開口部３８ｂは、カバー体３５の直径線を挟んで互いに対向して、形成されているので、第一開口部３８ａから送り込まれた空気は、第一開口部３８ａを挟んだ左右の流路３６に均等に流れることとなり、モータハウジング３１を左右均一に冷却することができる。
【００３５】
また、かかる主軸ユニット１によれば、主軸ハウジング５０とモータハウジング３１を支持するベース部材７０とを別体で形成し、主軸ハウジング５０とベース部材７０とを断熱部材９０を介して連結しているので、ビルトインモータ３０の作動によって発生する熱が、仮にモータハウジング３１からベース部材７０まで伝わったとしても、断熱部材９０によって熱伝達が低減され、主軸ハウジング５０に殆んど伝わらない。また、断熱部材９０は、主軸ハウジング５０の鍔部５３と、ベース部材７０の立上り部７２との間でスペーサの役目を果たすので、断熱部材９０が介在する以外の部分には隙間ができ、空気層９２が形成される。これによって、主軸ハウジング５０とベース部材７０間の断熱効果がさらに向上する。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、主軸ハウジング５０への熱伝達を大幅に低減できるので、主軸ハウジング５０の熱膨張を防止でき、主軸ハウジング５０内の主軸ベアリング５１の位置が変化しない。ここで、主軸１０は、主軸ハウジング５０の内部に設けられた主軸ベアリング５１によって軸支されているので、主軸１０の回転にズレが発生せず、加工精度に影響を与える可能性のある主軸１０の先端部の変動が抑制される。したがって、ワークの加工精度の向上を図ることができる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、モータハウジング３１の外周面に放熱フィン３４を設けて、カバー体３５で覆い、その内部に送風ファン３７で空気を流したことによって、ビルトインモータ３０から発生する熱を効率よく空気中に放熱することができる。
【００３８】
また、カバー体３５が、アルミニウム等の熱伝導率の高い材質にて形成されているので、カバー体３５からも効率的に放熱することができ、さらに放熱効率を高めることができる。さらに、放熱フィン３４がモータハウジング３１に一体的に形成されるとともに、アルミニウム等の熱伝導率の高い材質にて形成されているので、モータハウジング３１から放熱フィン３４に熱が伝わりやすく、より一層放熱効率を高めることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能であるのは勿論である。例えば、放熱フィン３４は、本実施形態の形状に限られるものではなく、モータハウジング３１の周方向に沿って空気を流せられる形状であればよい。また、送風ファン３７は、本実施形態のものに限定されるものではない。他の形状であってもよいのは勿論である。
【００４０】
また、本実施形態では、ビルトインモータ冷却ユニットとして主軸冷却ユニットを例に挙げて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、回転体と同軸で設けられるモータハウジングであれば、いずれのものでも適用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１      主軸ユニット
１０    主軸
３０    ビルトインモータ
３１    モータハウジング
３４    放熱フィン
３５    カバー体
３７    送風ファン
３８ａ  第一開口部（開口部）
３８ｂ  第二開口部（開口部）
４０    主軸冷却ユニット（ビルトインモータ冷却ユニット）     
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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